DE102009008290A1 - Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current - Google Patents

Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current Download PDF

Info

Publication number
DE102009008290A1
DE102009008290A1 DE102009008290A DE102009008290A DE102009008290A1 DE 102009008290 A1 DE102009008290 A1 DE 102009008290A1 DE 102009008290 A DE102009008290 A DE 102009008290A DE 102009008290 A DE102009008290 A DE 102009008290A DE 102009008290 A1 DE102009008290 A1 DE 102009008290A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reactive gas
substrate
reactive
processing chamber
double magnetron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102009008290A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Dr. Scherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler Alzenau GmbH
Original Assignee
Leybold Optics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Optics GmbH filed Critical Leybold Optics GmbH
Priority to DE102009008290A priority Critical patent/DE102009008290A1/en
Publication of DE102009008290A1 publication Critical patent/DE102009008290A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0042Controlling partial pressure or flow rate of reactive or inert gases with feedback of measurements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0068Reactive sputtering characterised by means for confinement of gases or sputtered material, e.g. screens, baffles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0089Reactive sputtering in metallic mode

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

The method for coating a surface (20) of a substrate (21), comprises supplying an inert gas and a reactive gas into a processing chamber (2), operating a double magnetron (3) arranged opposite to the substrate with alternating current, and separating a stoichiometric oxide coating. The partial pressure of the reactive gas is locally reduced in a surrounding area (7) of the double magnetron. The double magnetron is operated in the constant electrode power and the regulation of the reactive gas flow in a reactive-gas-poor metallic mode or within a metal-rich region of a transition mode. An independent claim is included for a device for coating a surface of a substrate using a reactive sputtering process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.The The invention relates to a method for coating a surface of a substrate by means of a reactive sputtering process The preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a Apparatus for carrying out this method after Preamble of claim 2.

Das Beschichten von Oberflächen mit Hilfe von Sputterprozessen ist bekannt. Dabei werden unter Verwendung eines Inertgases, insbesondere Argon, aus einem Target Partikel herausgeschlagen und auf eine Substratoberfläche gebracht, wo sie kondensieren und eine Schicht bilden. Als Ionenquelle dient entweder eine Gleichstrom-Gasentladung (DC-Sputtern) oder ein Wechselfeld (AC-Sputtern).The Coating of surfaces by means of sputtering processes is known. In this case, using an inert gas, in particular Argon, particles ejected from a target and onto a substrate surface where they condense and form a layer. As an ion source serves either a DC gas discharge (DC sputtering) or an alternating field (AC sputtering).

Wenn zusätzlich zu dem elektrischen Feld am Ort des Targets auch ein Magnetfeld angelegt wird, spricht man von Magnetronsputtern. Bei gleichem Prozessdruck kann eine Erhöhung der Sputterrate und somit eine Erhöhung der Beschichtungsrate erreicht werden.If in addition to the electric field at the location of the target also a magnetic field is applied, one speaks of magnetron sputtering. At the same process pressure can increase the sputtering rate and thus achieved an increase in the coating rate become.

Sollen auf dem Substrat dielektrische oder gering leitfähige Verbindungen von Metallen und Halbleitern, beispielsweise Oxide wie SiO2, Al2O3 etc., erzeugt werden, so wird ein reaktiver Sputterprozess angewandt. Beim reaktiven Sputtern wird zur Herstellung einer gewünschten chemischen Verbindung zusätzlich zu dem Inertgas ein Reaktionsgas zugeführt. Die Zusammensetzung der Beschichtung auf der Substratoberfläche kann durch eine Variation der relativen Drucke des Inert- und des Reaktivgases eingestellt werden. Das reaktive Sputtern gestattet das Beschichten mit Materialien, die sich in Form dieser Verbindungen nicht oder nur schwer zerstäuben lassen. So lässt sich beispielsweise ein aus Al2O3 bestehendes Target nur mit Hochfrequenz und auch dann nur in geringen Raten zerstäuben, während das Zerstäuben von Aluminium sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselspannung mit hohen Raten möglich ist. Der Zerstäubungsprozess kommt allerdings in reaktiver Atmosphäre allmählich zum Erliegen, weil sich auf der Targetoberfläche elektrisch nicht leitfähiges Aluminiumoxid bildet, das den Austritt von Elektronen verhindert. Diese Oxidschicht hat weiterhin Änderungen der Prozessparameter zur Folge und erfordert eine häufige Reinigung oder einen Austausch von Teilen der Vorrichtung. Durch die Bildung von Aluminiumoxid auf der Targetoberfläche kommt es außerdem zu elektrischen Aufladungen und infolgedessen zu Überschlägen und Bogenentladungen (sogenanntes „Arcing"), die zu Instabilitäten des Zerstäubungsprozesses führen. Das Sputtern mit Gleichstrom hat zusätzlich den Nachteil, dass die Anode vor dielektrischer Beschichtung geschützt werden muss, was nur ungenügend gelingt und zu zusätzlichem Arcing führt. Arcing ist immer mit Instabilität und Partikelkontamination verbunden und muss daher so weit wie irgend möglich vermieden werden.If dielectric or low-conductivity compounds of metals and semiconductors, for example oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3, etc., are to be produced on the substrate, then a reactive sputtering process is used. In reactive sputtering, a reaction gas is supplied in addition to the inert gas to produce a desired chemical compound. The composition of the coating on the substrate surface can be adjusted by varying the relative pressures of the inert and reactive gases. The reactive sputtering allows coating with materials that are difficult or impossible to atomize in the form of these compounds. Thus, for example, a target consisting of Al 2 O 3 can only be sputtered at high frequency and then only at low rates, while sputtering of aluminum with both direct and alternating voltage at high rates is possible. However, the sputtering process comes to a halt in a reactive atmosphere, because on the target surface electrically non-conductive aluminum oxide is formed, which prevents the escape of electrons. This oxide layer also results in changes to the process parameters and requires frequent cleaning or replacement of parts of the device. The formation of aluminum oxide on the target surface also causes electrical charges and, as a result, flashovers and arcing, leading to instabilities in the sputtering process.Soccurrent sputtering additionally has the disadvantage of protecting the anode from dielectric coating which is insufficiently successful and leads to additional arcing Arcing is always associated with instability and particle contamination and therefore needs to be avoided as much as possible.

Um dieser Problematik zu begegnen, wird in der DE 40 42 287 A1 vorgeschlagen, in der Bearbeitungskammer zwei als Magnetronkathoden ausgebildete, elektrisch voneinander isolierte Elektroden vorzusehen, die in einer solchen Weise an eine Wechselstromversorgung angeschlossen sind, dass jede der beiden Kathoden in einer Periode der Wechselspannung als negative Elektrode und als positive Elektrode wirkt, so dass die Plasmaentladung im Sputterprozess hauptsächlich zwischen den beiden Kathoden erfolgt. Die beiden Targets wirken somit alternativ als Kathode und Anode. Ein dritter Anschluss der Wechselstromversorgung ist mit dem negativen Pol einer Gleichstromspannungsversorgung verbunden, an deren positivem Pol eine als Anode wirkende dritte Elektrode angeschlossen ist, um den Spannungspegel der Wechselstromquelle auf einem hohen negativen Wert zu halten. Zwischen den Targets und den Magnetronkathoden sind Kapazitäten vorgesehen, die die elektrischen Überschläge zwischen den Targets und ihrer Umgebung unterbinden und die durch das Sputterplasma induzierten Hochfrequenzspannungs- und Stromschwingungen kurzschließen, die ansonsten zu Überschlägen und Bogenentladung führen können.To counter this problem, is in the DE 40 42 287 A1 proposed to provide in the processing chamber two formed as magnetron cathodes, electrically insulated from each other electrodes which are connected in such a manner to an AC power supply that each of the two cathodes in a period of the AC voltage acts as a negative electrode and a positive electrode, so that the plasma discharge occurs in the sputtering process mainly between the two cathodes. The two targets thus act alternatively as the cathode and anode. A third terminal of the AC power supply is connected to the negative pole of a DC power supply to the positive pole of which a third electrode acting as an anode is connected to maintain the voltage level of the AC power source at a high negative value. Capacities are provided between the targets and the magnetron cathodes which inhibit the electrical flashovers between the targets and their environment and short circuit the radio frequency voltage and current oscillations induced by the sputtering plasma, which can otherwise lead to flashovers and arcing.

Wenn auch die in der DE 40 42 287 A1 beschriebene Gestaltung des Doppelmagnetrons und seiner Wechselstromversorgung das Auftreten von Instabilitäten und Bogenentladung reduziert, so lagert sich dennoch auf den Targets dielektrisches Material ab, das Überschläge zur Folge haben kann. Zur Verminderung solcher dielektrischer Ablagerungen auf den Targets wird in der US 5,814,195 vorgeschlagen, die Targets als rotierende Rohre auszuführen; durch die Rotation der Targets kommen wechselnde Bereiche der Rohroberfläche als Erosionszonen zum Einsatz, so dass die dort abgelagerten Dielektrika entfernt werden und die Rohroberfläche kontinuierlich von Ablagerungen gereinigt wird. Durch den Einsatz rotierender Rohrkathoden wird das Arcing aufgrund dielektrischer Ablagerungen auf dem Target also reduziert und beschränkt sich nur noch auf die Endbereiche der Rohrtargets.Although in the DE 40 42 287 A1 described design of Doppelmagnetrons and its AC power reduces the occurrence of instabilities and arcing, so deposited on the target dielectric material, which can cause flashovers. To reduce such dielectric deposits on the targets is in the US 5,814,195 proposed to run the targets as rotating tubes; Due to the rotation of the targets, changing areas of the pipe surface are used as erosion zones, so that the dielectrics deposited there are removed and the pipe surface is continuously cleaned of deposits. The use of rotating tube cathodes reduces arcing due to dielectric deposits on the target and limits itself to the end regions of the tube targets.

In Abhängigkeit von der Menge des zugeführten Reaktivgases und der Höhe an das Doppelmagnetron angelegten Wechselspannung kann die Sputtervorrichtung in unterschiedlichen Betriebsmoden betrieben werden (siehe 2a): Bei hoher Spannung und geringem Reaktivgasfluss wird eine metallreiche (bzw. halbleiterreiche) Mischung auf dem Substrat abgeschieden. Ein Betrieb der Sputteranlage in diesem sogenannten „Metal Mode" weist eine hohe Stabilität und hohe Aufwachsraten auf, eignet sich jedoch nicht zum Aufbringen dielektrischer Schichten, da die stöchiometrische Zusammensetzung der abgelagerten Schicht einen zu hohen Anteil des Metall-(bzw. Halbleiter-)Werkstoffs aufweist. Bei niedriger Spannung und hohem Reaktivgasfluss wird auf dem Substrat zwar die gewünschte stöchiometrische Oxid- bzw. Oxinitridschicht erzeugt, jedoch ist dieser sogenannte „Oxide Mode" gekennzeichnet durch niedrige Aufwachsraten. In einem mittleren Spannungs- und Reaktivgasflussbereich zwischen „Metal Mode" und „Oxide Mode" existiert ein sogenannter „Transition Mode", der jedoch instabil ist und einem prozesssicheren Betrieb der Sputteranlage daher nicht zugänglich ist. Zwar kann prinzipiell in einem partialdruckgeregelten Sputterprozess (d. h. bei konstanter Spannung und Regelung des Reaktivgaspartialdrucks) im mittleren Teil des „Transition Mode" mit mittleren Aufwachsraten eine stöchiometrische Oxidschicht aufgebracht werden (siehe 2b), dieser Bereich ist allerdings regelungstechnisch schwer beherrschbar; insbesondere bei langen Kathoden für große Flächen kann eine Langzeitstabilität und Schichthomogenität (gleichbleibende Schichtdicke, Stöchiometrie und Absorption) in der Regel nicht erreicht werden. Bei planaren Kathoden treten zudem erheblich Instabilitäten entlang der Kathode auf, hervorgerufen durch Arcing an entstehenden dieletrischen Bereichen auf dem Target.Depending on the amount of reactive gas supplied and the amount of AC voltage applied to the double magnetron, the sputtering apparatus can be operated in different modes of operation (see 2a ): At high voltage and low reactive gas flow, a metal-rich (or semiconductor-rich) mixture is deposited on the substrate. An operation of the sputtering in this so-called "metal mode" has a high stability and high growth rates, but is not suitable for applying dielectric layers, since the stoichiometric composition tion of the deposited layer has too high a proportion of the metal (or semiconductor) material. Although the desired stoichiometric oxide or oxynitride layer is produced on the substrate at low voltage and high reactive gas flow, this so-called "oxide mode" is characterized by low growth rates in a medium voltage and reactive gas flow region between "metal mode" and "oxide mode "exists a so-called" transition mode ", which is unstable and therefore a process-safe operation of the sputtering system is not accessible. Although in principle in a partial pressure-controlled sputtering process (ie, with constant voltage and regulation of the reactive gas partial pressure) in the middle part of the "transition mode" with medium growth rates, a stoichiometric oxide layer can be applied (see 2 B ), but this area is difficult to control in terms of control technology; long-term stability and layer homogeneity (constant layer thickness, stoichiometry and absorption) can generally not be achieved, especially with long cathodes for large surfaces. In the case of planar cathodes, furthermore, considerable instabilities occur along the cathode, caused by arcing at resulting dielectric areas on the target.

Im Regelfall werden Reaktivsputteranlagen daher im „Oxide Mode" mit konstanter Leistung und Flussregelung der Reaktivgaszufuhr betrieben, da dieser Bereich regelungstechnisch unkompliziert ist und das Abscheiden einer dielektrischen Schicht der gewünschten stöchiometrischen Zusammensetzung ermöglicht – allerdings mit dem Nachteil sehr geringer Aufwachsraten.in the As a rule, reactive sputtering systems are therefore used in "oxides Mode "with constant power and flow control of the reactive gas supply operated, since this area is technically straightforward and the deposition of a dielectric layer of the desired stoichiometric composition allows - albeit with the disadvantage of very low growth rates.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu realisieren, die eine Steigerung der Aufwachsrate bei gleichzeitiger einfacher und langzeitstabiler Prozessregelung zur Erzielung der gewünschten Schichteigenschaften ermöglichen und das Arcing unterbinden.task The invention is to realize a method and a device, the an increase in the rate of growth while simpler and easier long-term stable process control to achieve the desired Allow layer properties and prevent arcing.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is solved by the features of claims 1 and 2. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Danach wird in dem reaktiven Sputterprozess der Reaktivgaspartialdruck in der Bearbeitungskammer in einer solchen Weise eingestellt, dass in einer Umgebung des Doppelmagnetrons ein lokal reduzierter Reaktivpartialdruck herrscht. Diese lokale Reduktion des Reaktivpartialdrucks in der Umgebung der Targetelektroden bewirkt, dass das Doppelmagnetron im metallreichen „Metal Mode" oder einem metallreichen Übergangsmodus („Transition Mode") betrieben wird. Im Vergleich zum „Oxide Mode", der herkömmlicherweise in Sputteranlagen zur Erzeugung stöchiometrischer Oxid- und Oxinitridschichten verwendet wurde (da er durch einen Reaktivgasüberschuss gekennzeichnet ist und regelungstechnisch einfach zu beherrschen ist), können im „Transition Mode" bzw. im „Metal Mode" wesentlich höhere Aufwachsraten erreicht werden. Da die Reduktion des Reaktivpartialdrucks auf eine Umgebung des Magnetrons beschränkt ist, herrscht im Bereich der Substratoberfläche der „normale" für die Herstellung der dielektrischen Beschichtung erforderliche Reaktivpartialdruck, so dass dort Verbindungen der gewünschten stöchiometrischen Zusammensetzung abgeschieden werden.After that In the reactive sputtering process, the reactive gas partial pressure becomes in the processing chamber adjusted in such a way that in a double magnetron environment, a locally reduced reactive partial pressure prevails. This local reduction of the reactive partial pressure in the Surrounding the target electrodes causes the double magnetron in metal-rich "Metal Mode" or a metal-rich transition mode ("Transition Mode"). Compared to "oxides Mode ", which is conventionally used in sputtering plants stoichiometric oxide and oxynitride layers used (as it was characterized by a reactive gas surplus is and control technology is easy to control), can in "Transition Mode" or "Metal Mode" much higher growth rates be achieved. Since the reduction of the reactive partial pressure to a Surrounded by the magnetron, prevails in the field of Substrate surface of the "normal" for the preparation of the dielectric coating required reactive partial pressure, so that there are compounds of the desired stoichiometric Composition are deposited.

Der Betrieb der Sputteranlage im „Transition Mode" ist bekanntermaßen regelungstechnisch schwierig. Überraschenderweise ermöglicht jedoch die Verwendung eines bipolar betriebenen Doppelmagnetrons, das sich in einer Umgebung lokal reduzierten Reaktivpartialdrucks befindet, ein Sputtern mit hoher Prozessstabilität, guter Schichtbildung und dem Vorteil hoher Aufwachsraten. Während im Bereich der Substratoberfläche ein relativ hoher Reaktivgaspartialdruck besteht, so dass das Reaktivgas an der Substratoberfläche mit den vom Target abgesputterten Partikeln die gewünschte stöchiometrische Schicht (insbesondere eine Oxid- oder Oxinitridschicht) bilden kann, ist in der Umgebung des Doppelmagnetrons der Reaktivgaspartialdruck stark reduziert. Da der Reaktivgaspartialdruck einen entscheidenden Einfluss auf die Sputterausbeute am Target hat (und insbesondere die Sputterausbeute mit steigendem Reaktivgaspartialdruck stark abnimmt), bewirkt die lokale Reduktion des Reaktivpartialdrucks im Bereich des Targets eine hohe Sputterausbeute. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Target somit im „Metal mode" oder in einem metallreichen Bereich des „Transition Mode" gehalten, während im Bereich der Substratoberfläche eine reaktivgasreiche Atmosphäre besteht, die für die Erzeugung der gewünschten Stöchiometrie notwendig ist.Of the Operation of the sputtering system in the "transition mode" is known technically difficult to control. Surprisingly possible however, the use of a bipolar double magnetron, the locally reduced reactive partial pressure in an environment sputtering with high process stability, good Stratification and the advantage of high growth rates. While in the region of the substrate surface, a relatively high reactive gas partial pressure so that the reactive gas on the substrate surface with the sputtered from the target particles the desired Stoichiometric layer (in particular an oxide or Oxinitride layer) is in the environment of Doppelmagnetrons the reactive gas partial pressure is greatly reduced. Since the reactive gas partial pressure a decisive influence on the sputter yield at the target has (and in particular the sputter yield with increasing reactive gas partial pressure decreases sharply), causes the local reduction of the reactive partial pressure in the region of the target a high sputter yield. In the inventive Procedure, the target is thus in the "metal mode" or in held a metal-rich area of "transition mode", while in the region of the substrate surface a reactive gas-rich Atmosphere exists for the generation of the desired stoichiometry is necessary.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Prozessstabilität aus. Ein Grund hierfür liegt offenbar in der Doppelfunktion des wechselstrombetriebenen Doppelmagnetrons, dessen Einzelelektroden wechselweise als Kathode und als Anode wirken. Durch die zwischen den Einzelelektroden erzeugten Felder werden Elektronen im Magnetfeld von einem Magnetron zum anderen Magnetron bis hin zum Substratbereich geführt, wodurch ein intensives Plasma bis zur Substratoberfläche hin aufgebaut wird und die Schichtbildung unterstützt. Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn zwischen den Elektroden des Doppelmagnetrons eine Trennwand vorgesehen wird.The inventive method is characterized a high process stability. One reason for this is apparently in the dual function of the AC powered Doppelmagnetrons, whose individual electrodes alternately as a cathode and act as an anode. By generated between the individual electrodes Fields become electrons in the magnetic field from one magnetron to another Magnetron led to the substrate area, thereby an intense plasma built up to the substrate surface and layering is supported. This effect can be amplified when between the electrodes the Doppelmagnetrons a partition is provided.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von Geometrie und Anordnung der Getterflächen eine stöchiometrische Verbindung in einem „Metal Mode" oder einem „Transition Mode" flussgeregelt, ohne Partialdruckregelung oder durch eine stabile, insbesondere relativ langsam arbeitende Partialdruckregelung mit sehr hoher Rate abgeschieden.In a development of the method, depending on the geometry and arrangement of the getter surfaces, a stoichiometric connection in a "metal mode" or a "transition mode" flow-controlled, without partial pressure control or by a stable, in particular relatively slowly operating partial pressure control at a very high rate.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des reaktiven Sputterverfahrens weist in der Umgebung des Doppelmagnetrons ein Gettermaterial auf, das den Reaktivgaspartialdrucks in der Umgebung des Doppelmagnetrons lokal reduziert. Vorteilhafterweise ist das Doppelmagnetron von einer Abschirmeinrichtung umgeben, deren dem Doppelmagnetron benachbarte Wände mit Getterflächen versehen sind. Die Anordnung und Geometrie der Getterflächen zusammen mit der Anordnung und Geometrie des Einlasses für Reaktivgas bewirken während des Sputterns einen Gradienten des Reaktivgases zwischen der Substratoberfläche und der Targetoberfläche: Einerseits herrscht im Bereich der Substratoberfläche ein relativ hoher Reaktivgaspartialdruck, so dass das Reaktivgas an der Substratoberfläche mit den vom Target abgesputterten Partikeln die gewünschte stöchiometrische Beschichtung bilden kann. Andererseits binden die Getterflächen sehr viel Reaktivgas und reduzieren damit den Reaktivgaspartialdruck im Bereich der Target-Oberfläche. Je nach Geometrie und Anordnung der Getterflächen kann dabei eine stöchiometrische Verbindung ohne Partialdruckregelung oder durch eine stabile langsam arbeitende Partialdruckregelung mit sehr hoher Rate abgeschieden werden. Zur Messung des Reaktivpartialdrucks kann eine Sonde vorgesehen sein, deren Messwerte zur Partialdruckregelung verwendet werden.A inventive device for implementation of the reactive sputtering method is in the vicinity of the double magnetron a getter material, which is the Reaktivgaspartialdrucks in the environment locally reduced by double magnetron. This is advantageous Double magnetron surrounded by a shielding, whose the Double magnetron provided adjacent walls with Getterflächen are. The arrangement and geometry of the getter surfaces together with the arrangement and geometry of the reactive gas inlet cause a gradient of the reactive gas during sputtering between the substrate surface and the target surface: On the one hand prevails in the area of the substrate surface relatively high reactive gas partial pressure, so that the reactive gas to the substrate surface with the sputtered from the target Particles the desired stoichiometric coating can form. On the other hand, the getter surfaces bind very well a lot of reactive gas and thus reduce the reactive gas partial pressure in the area of the target surface. Depending on the geometry and Arrangement of Getterflächen can be a stoichiometric Connection without partial pressure control or by a stable slow working partial pressure control deposited at a very high rate become. To measure the reactive partial pressure, a probe may be provided whose measured values are used for partial pressure control.

Vorteilhafterweise weist die Abschirmeinrichtung ein zwischen dem Doppelmagnetron und dem Substrat angeordnetes Abschirmblech mit einer Öffnung auf, deren Breite geringer ist als die Gesamtbreite des Doppelmagnetrons. Das Reaktivgas wird der Bearbeitungskammer durch einen Einlass zugeführt, der auf der dem Doppelmagnetron abgewandten Seite des Abschirmblechs angeordnet ist, so dass das Reaktivgas zwischen dem Abschirmblech der Abschirmeinrichtung und dem Substrat eingeleitet wird. Das Abschirmblech begrenzt dabei die Rate des in die Abschirmeinrichtung eindringenden Reaktivgases. Zweckmäßigerweise weist die Reaktivgaszuführung mehrere Einlässe auf, deren Durchflussraten individuell regelbar sind.advantageously, has the shielding a between the double magnetron and arranged on the substrate shielding plate with an opening whose width is less than the total width of the double magnetron. The reactive gas is supplied to the processing chamber through an inlet, on the side facing away from the double magnetron side of the shielding plate is arranged so that the reactive gas between the shield of the Shielding device and the substrate is initiated. The shielding plate limits the rate of penetrating into the shielding Reactive gas. Conveniently, the reactive gas supply multiple inlets, their flow rates individually are controllable.

Die Elektroden des Doppelmagnetrons sind vorteilhafterweise als rotierende Rohrelektroden ausgestaltet, um die Ablagerung dielektrischer Verunreinigungen so gering wie möglich zu halten. Es versteht sich, dass auch ein Doppelmagnetron mit planar ausgestalteten Elektroden von der Erfindung umfasst ist.The Electrodes of Doppelmagnetrons are advantageously as rotating Pipe electrodes designed to the deposition of dielectric impurities to be kept as low as possible. It is understood that also a double magnetron with planar electrodes of of the invention is included.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Doppelmagnetron in einem Mittelfrequenzbereich zu betreiben. Die Seitenwände der Abschirmeinrichtung sind vorteilhafterweise mit symmetrisch angeordneten Saugöffnungen versehen, um an beiden Elektroden des Doppelmagnetrons symmetrische Druckverhältnisse einzustellen. Zur Evakuierung der Bearbeitungskammer sind zweckmäßigerweise mindestens zwei Hochvakuumpumpen vorgesehen, deren Mündungen symmetrisch zu den Elektroden des Doppelmagnetrons angeordnet sind.Farther it has proved to be advantageous to double magneton in one To operate medium frequency range. The side walls of the Shielding device are advantageously arranged with symmetrical Suction openings provided to both electrodes of the double magnetron to set symmetrical pressure conditions. For evacuation the processing chamber are expediently provided at least two high-vacuum pumps whose mouths are arranged symmetrically to the electrodes of the Doppelmagnetrons.

Aufgrund des geringen Reaktivgaspartialdruck im Bereich der Targets können mehrere Doppelmagnetrons, beispielsweise in einer Inline-Anlage ohne zusätzliche Gasseparationen, wie beispielsweise Spaltschleusen nebeneinander angeordnet werden (Pumpe – Doppelmagnetron – Pumpe – Doppelmagnetron – Pumpe – etc.), was die Anlagenlänge und Kosten der Anlage erheblich reduziert.by virtue of the low reactive gas partial pressure in the region of the targets can several Doppelmagnetrons, for example, in an inline plant without additional gas separations, such as gap locks arranged side by side (pump - double magnetron - pump - double magnetron - pump - etc.), which considerably reduces the plant length and costs of the plant.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:in the The following is the invention with reference to an illustrated in the figures Embodiment explained in more detail. Showing:

1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum reaktiven Abscheiden von Schichten unter Verwendung des Magnetron-Sputterns; 1 a schematic sectional view through an apparatus for reactive deposition of layers using the magnetron sputtering;

2a ein schematisches Reaktivgasfluss-/Spannungs-Diagramms einer flussgeregelten Sputtervorrichtung mit unterschiedlichen Betriebsarten; 2a a schematic reactive gas flow / voltage diagram of a flux-controlled sputtering device with different modes;

2c ein schematisches Reaktivgasfluss-/Spannungs-Diagramms einer partialdruckgeregelten Sputtervorrichtung mit unterschiedlichen Betriebsarten; 2c a schematic reactive gas flow / voltage diagram of a partial pressure-controlled sputtering device with different modes;

2c ein schematisches Reaktivgasfluss-/Spannungs-Diagramms einer erfindungsgemäßen flussgeregelten Sputtervorrichtung. 2c a schematic Reaktivgasfluss- / voltage diagram of a flux-controlled sputtering device according to the invention.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen stellen ein schematisches Ausführungsbeispiel dar und geben keine spezifischen Parameter der Erfindung wieder. Weiterhin dienen die Zeichnungen lediglich zur Erläuterung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung und sollen nicht in einer solchen Weise interpretiert werden, dass sie den Schutzbereich der Erfindung einengen.In The drawings are corresponding elements with each other Reference numeral. The drawings illustrate a schematic embodiment and do not reflect specific parameters of the invention. Furthermore, the drawings are merely illustrative an advantageous embodiment of the invention and should not be interpreted in such a way that they are the Restrict the scope of the invention.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum reaktiven Abscheiden von Schichten durch Magnetron-Sputtern. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Bearbeitungskammer 2, in der ein Doppelmagnetron 3 angeordnet ist. Das Doppelmagnetron 3 umfasst zwei stationäre Magnetanordnungen 6, 6', die von rotierenden rohrförmigen Elektroden 4, 4' aus einem Targetwerkstoff 5 umgeben sind. Zwischen den Elektroden 4, 4' des Doppelmagnetrons 3 ist eine Trennwand 8 angeordnet. 1 shows a schematic sectional view of a device according to the invention 1 for the reactive deposition of layers by magnetron sputtering. The device 1 includes a processing chamber 2 in which a double magnetron three is arranged. The double magnetron three includes two stationary magnet arrangements 6 . 6 ' that of rotating tubular electrodes 4 . 4 ' from a target material 5 are surrounded. Between the electrodes 4 . 4 ' of the double magnetron three is a partition 8th arranged.

Zur Stromversorgung des Doppelmagnetrons 3 ist eine bipolare Stromversorgungseinheit 10 vorgesehen, die mit Mittelfrequenz betrieben wird. Einzelheiten zu Aufbau und Betrieb einer solchen Wechselstromversorgungseinheit 10 sind der US 5,814,195 zu entnehmen, deren Offenbarungsgehalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.To power the Doppelmagnetrons three is a bipolar power supply unit 10 provided, which is operated at medium frequency. Details of the structure and operation of such an AC power supply unit 10 are the US 5,814,195 whose disclosure content is hereby incorporated into the present patent application.

In der Umgebung des Doppelmagnetrons 3 befinden sich Einlässe 14 für ein Inertgas, insbesondere Argon, mit einer Verteileinheit, aus der das als Zerstäubungsgas wirkende Inertgas auf die Elektroden 4, 4' des Doppelmagnetrons 3 gerichtet wird; die dabei entstehende Strömung ist durch kleine Pfeile angedeutet. Zur Regelung der Inertgaszuführung sind (in 1 nicht dargestellte) Regelventile vorgesehen.In the vicinity of the double magnetron three there are inlets 14 for an inert gas, in particular argon, with a distribution unit, from which the inert gas acting as a sputtering gas to the electrodes 4 . 4 ' of the double magnetron three is directed; the resulting flow is indicated by small arrows. To control the inert gas supply are (in 1 not shown) control valves provided.

In einem dem Doppelmagnetron 3 gegenüberliegenden Bereich der Bearbeitungskammer 2 ist in einem Abstand DSM ein zu beschichtendes Substrat 21 auf einem (in 1 nicht gezeigten) Substrathalter angeordnet. Falls das Substrat 21 eine wärmeempfindliche Kunststofffolie ist, kann der Substrathalter mit einer Kühlvorrichtung versehen sein.In a double magnetron three opposite region of the processing chamber 2 is at a distance D SM a substrate to be coated 21 on one (in 1 not shown) substrate holder arranged. If the substrate 21 is a heat-sensitive plastic film, the substrate holder may be provided with a cooling device.

In der Bearbeitungskammer 2 ist weiterhin eine Abschirmvorrichtung 30 angeordnet, die das Doppelmagnetron 3 umgibt und die den Fluss der aus den Elektroden 4, 4' herausgeschlagenen Targetpartikel seitlich begrenzt. Die Abschirmvorrichtung 30 umfasst seitliche Wände 31, die in einem Abstand DWM vom Doppelmagnetron 3 angeordnet sind, und ein Abschirmblech 32, das sich zwischen dem Doppelrohrmagnetron 3 und dem Substrat 21 befindet und das mit einer Öffnung 35 zum Durchtritt der Targetpartikel versehen ist. In einem zwischen dem Abschirmblech 32 und einem Zwischenblech 33 der Abschirmvorrichtung 30 gebildeten Hohlraum 34 befinden sich mehrere Gaseinlässe 15, über die ein Reaktivgas, insbesondere O2, in die Bearbeitungskammer 2 zugeführt werden kann; die Reaktivgasströmung ist in 1 durch kleine Pfeile angedeutet. Da das Abschirmblech 32 tiefer in den Innenraum der Abschirmvorrichtung 30 vorkragt als das Zwischenblech 33, wird das aus dem Hohlraum 34 strömende Reaktivgas bevorzugt in Richtung des Substrats 21 geleitet. In einem weiteren Hohlraum 36, zwischen dem Zwischenblech 33 und einem Deckblech 37 der Abschirmvorrichtung 30 sind Einlässe 38 für ein Inertgas, insbesondere Argon, vorgesehen, mit dessen Hilfe der Reaktivgasstrom gezielt beeinflusst werden kann. Um eine vorgegebene Verteilung des Reaktivgases in der Bearbeitungskammer 2 zu erreichen, sind die Reaktivgaseinlässe 15 mit individuell einstellbaren Durchflussreglern 16 versehen. Anstelle getrennter Einlässe 15, 38 für Reaktiv- und Inertgas kann über den Einlass 15 auch ein Gemisch aus einem Reaktiv- und einem Inertgas zugeführt werden.In the processing chamber 2 is still a shielding device 30 arranged, which is the double magnetron three surrounds and the flow of the electrodes 4 . 4 ' knocked out target particles laterally limited. The shielding device 30 includes side walls 31 at a distance D WM from the double magnetron three are arranged, and a shield 32 that is between the double tube magnetron three and the substrate 21 located and with an opening 35 is provided for the passage of the target particles. In one between the shielding plate 32 and an intermediate sheet 33 the shielding device 30 formed cavity 34 There are several gas inlets 15 , via which a reactive gas, in particular O 2 , into the processing chamber 2 can be supplied; the reactive gas flow is in 1 indicated by small arrows. As the shielding 32 deeper into the interior of the shielding device 30 protrudes as the intermediate plate 33 , that gets out of the cavity 34 flowing reactive gas preferably in the direction of the substrate 21 directed. In another cavity 36 , between the intermediate sheet 33 and a cover plate 37 the shielding device 30 are inlets 38 for an inert gas, in particular argon, provided by means of which the reactive gas flow can be selectively influenced. To a given distribution of the reactive gas in the processing chamber 2 to reach are the reactive gas inlets 15 with individually adjustable flow regulators 16 Mistake. Instead of separate inlets 15 . 38 for reactive and inert gas can be via the inlet 15 Also, a mixture of a reactive and an inert gas are supplied.

Weiterhin sind in der Bearbeitungskammer Lambda-Sonden 40 zur Messung der O2-Partialdrucks angeordnet. Die Messwerte der Lambda-Sonden 40 werden einer Regeleinrichtung 41 zugeführt, mit der die Reaktivgas-Durchflussregler 16 bzw. die Inertgaszuführung 38 in einer solchen Weise eingestellt werden können, dass im Bereich der Substratoberfläche 20 ein vorgegebener lokaler O2-Partialdruck herrscht.Furthermore, lambda probes are in the processing chamber 40 arranged to measure the O 2 partial pressure. The measured values of the lambda probes 40 become a regulatory device 41 fed, with which the reactive gas flow regulator 16 or the inert gas 38 can be adjusted in such a way that in the region of the substrate surface 20 a given local O 2 partial pressure prevails.

Vorzugsweise wird der Reaktivgaspartialdruck in Abhängigkeit vom Reaktivgasfluß oder der Sputterleistung geregelt. Ferner können Mittel zur Messung der Sputterspannung vorgesehen sein. Die Regeleinrichtung kann auch zur Regelung der Sputterspannung ausgebildet sein, wobei vorzugsweise die Sputterspannung in Abhängigkeit von dem Reaktivgasfluß oder der Sputterleistung regelbar ist.Preferably is the Reaktivgaspartialdruck depending on the Reaktivgasfluß or the sputtering power regulated. Furthermore, means for measuring be provided the sputtering voltage. The control device can also be designed to control the sputtering voltage, preferably the Sputter voltage as a function of the reactive gas flow or the sputtering power is adjustable.

In der Wandung der Bearbeitungskammer 2 sind in einem außerhalb der Abschirmvorrichtung 30 gelegenen Bereich Anschlüsse 18 für Hochvakuumpumpen 19 vorgesehen. Die Seitenwände 31 der Abschirmvorrichtung 30 weisen Saugöffnungen 25 auf, um das Abpumpen des Innenraums der Abschirmvorrichtung 30 zu erleichtern.In the wall of the processing chamber 2 are in one outside the shielding device 30 located area connections 18 for high vacuum pumps 19 intended. The side walls 31 the shielding device 30 have suction openings 25 in order to pump out the interior of the shielding device 30 to facilitate.

Die Abschirmvorrichtung 30 ist in den dem Doppelmagnetron 3 zugewandten Innenflächen 51, 52 der Seitenwände 31 und des Abschirmblechs 32 zumindest abschnittsweise mit Getterflächen 50 versehen, die Reaktivgas sorbieren und somit den lokalen Reaktivgaspartialdruck verringern. Durch die Gestaltung der Abschirmvorrichtung 30 und ihrer Getterflächen 50 wird zwischen der Oberfläche 20 des Substrats 21 und einer Umgebung 7 der Targetelektroden 4, 4' ein Partialdruckgradient des Reaktivgases erzielt, so dass in der Umgebung 7 des Doppelmagnetrons 3 ein reduzierter Reaktivgaspartialdruck herrscht. Hierzu ist insbesondere die Breite BA der Öffnung 35 des Abschirmblechs 32 in einer solchen Weise gewählt, dass BA/BM ≤ 0.9 (und vorzugsweise ≤ 0.8) ist, wobei BM die Breite des Doppelmagnetrons 3 bezeichnet. Weiterhin ist der Abstand DAM zwischen dem Abschirmblech 32 und dem Doppelmagnetron 3 in einer solchen Weise gewählt, dass DAM/DSM ≤ 0.7 (und vorzugsweise ≤ 0.6) ist, wobei DSM den Abstand zwischen Substratoberfläche 20 und Doppelmagnetron 3 bezeichnet. Außerdem ist der Abstand DST zwischen der Substratoberfläche 20 und der Trennwand 8 in einer solchen Weise gewählt, dass 0.3 ≤ DST/DSM ≤ 0.5 ist. Typischerweise haben die Rohrelektroden 4, 4' einen Außendurchmesser BE ≈ 140–160 mm und das Doppelrohrmagnetrons 3 eine Gesamtbreite BM ≈ 350–380 mm, und der Abstand DSM zwischen Substratoberfläche 20 und Doppelrohrmagnetron 3 beträgt typischerweise DSM ≈ 100 mm; in einem solchen Fall sollte die Breite BA der Öffnung 35 im Abschirmblech 32 vorzugsweise bei BA ≤ 320 mm und der Abstand DAM zwischen Abschirmblech 32 und Doppelrohrmagnetron 3 vorzugsweise bei DAM ≤ 70 mm liegen. Weiterhin sollte der Abstand DWM zwischen der Seitenwand 31 der Abschirmvorrichtung 30 und der Doppelrohrmagnetron 3 mindestens 5 mm betragen.The shielding device 30 is in the double magnetron three facing inner surfaces 51 . 52 the side walls 31 and the shielding plate 32 at least in sections with getter surfaces 50 provided that sorb reactive gas and thus reduce the local reactive gas partial pressure. By the design of the shielding device 30 and their getter surfaces 50 will be between the surface 20 of the substrate 21 and an environment 7 the target electrodes 4 . 4 ' achieved a partial pressure gradient of the reactive gas, so that in the environment 7 of the double magnetron three a reduced reactive gas partial pressure prevails. For this purpose, in particular the width B A of the opening 35 of the shielding plate 32 in such a way that B A / B M ≤ 0.9 (and preferably ≤ 0.8), where B M is the width of the double magnetron three designated. Furthermore, the distance D AM between the shield 32 and the double magnetron three in such a way that D AM / D SM ≤ 0.7 (and preferably ≤ 0.6), where D SM is the distance between substrate surface 20 and double magnetron three designated. In addition, the distance D ST between the substrate surface 20 and the partition 8th in such a way that 0.3 ≦ D ST / D SM ≦ 0.5. Typically, the tube electrodes have 4 . 4 ' an outer diameter B E ≈ 140-160 mm and the double tube magnetrons three a total width B M ≈ 350-380 mm, and the distance D SM between substrate surface 20 and double tube magnetron three is typically D SM ≈ 100 mm; in such a case, the width B A of the opening should 35 in the shielding plate 32 preferably at B A ≤ 320 mm and the distance D AM between the shield 32 and double tube magnetron three preferably at D AM ≤ 70 mm. Furthermore, the distance D WM should be between the side wall 31 the shielding device 30 and the double tube magnetron three at least 5 mm.

Die Getterflächen 50 können – wie in 1 gezeigt – die Innenflächen 51, 52 der Seitenwände 31 und des Abschirmblechs 32 der Abschirmvorrichtung bedecken. In diesem Fall bestehen die Seitenwände 31 und das Abschirmblech 32 vorzugsweise aus einem Metallblech, das mit Gettermaterial beschichtet ist. Alternativ können die Getterflächen 50 durch gesinterte Getterelemente gebildet werden, die an den Innenflächen 51, 52 der Seitenwände 31 und/oder des Abschirmblechs 32 befestigt sind. Die Getterflächen 50 können aber auch direkt die Innenflächen der Seitenwände 31 und des Abschirmblechs 32 der Abschirmvorrichtung sein. Die auf den Getterflächen 50 auftreffenden Targetteilchen binden sehr viel Reaktivgas und bewirken dadurch den reduzierten Reaktivgasdruck an der Oberfläche der Targetelektroden 4, 4'.The getter surfaces 50 can - as in 1 shown - the inner surfaces 51 . 52 the side walls 31 and the shielding plate 32 cover the shielding device. In this case, the side walls exist 31 and the shielding plate 32 preferably of a metal sheet coated with getter material. Alternatively, the getter surfaces 50 are formed by sintered getter elements attached to the inner surfaces 51 . 52 the side walls 31 and / or the shielding plate 32 are attached. The getter surfaces 50 but can also directly the inner surfaces of the side walls 31 and the shielding plate 32 the shielding device. The on the Getterflächen 50 impinging target particles bind a lot of reactive gas and thereby cause the reduced reactive gas pressure at the surface of the target electrodes 4 . 4 ' ,

Als Gettermaterialien können insbesondere Mo, Zr, Ti, Ta, V sowie Legierungen dieser Metalle bzw. Legierungen mit anderen Metallen zum Einsatz kommen, wie z. B. Ti-V, Zr-V, Zr-Al, Zr-V-Fe etc. aber auch Al, Cu sowie Legierungen mit anderen Metallen und plasmagespritzte Beschichtungen, z. B. Al.When Getter materials can in particular Mo, Zr, Ti, Ta, V and alloys of these metals or alloys with other metals are used, such. As Ti-V, Zr-V, Zr-Al, Zr-V-Fe, etc. but also Al, Cu as well as alloys with other metals and plasma sprayed Coatings, z. Al.

Der entscheidende Getter ist die aufwachsende Schicht und nicht ein vorhandenes Gettermaterial. Ein vorhandenes Gettermaterial oder Getterbeschichtung kann dazu dienen eine gute Haftung der aufwachsenden Schicht z. B. durch eine rauhe Oberfläche, einen angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder Temperaturstabilisierung durch Kühlung zu gewährleisten.Of the crucial getter is the growing shift and not one existing getter material. An existing getter material or Getter coating can serve a good adhesion of the growing up Layer z. B. by a rough surface, an adapted thermal expansion coefficient or temperature stabilization by To ensure cooling.

Die Getterflächen 50 sorbieren Reaktivgas und bewirken, dass der Reaktivgaspartialdruck im Innenbereich der Abschirmvorrichtung 30, also in der Umgebung 7 des Doppelmagnetrons 3, lokal vermindert ist. Das bedeutet, dass die Targetelektroden 4, 4' im reaktivgasarmen „Metal Mode" oder in einem metallreichen Bereich des „Transition Mode" betrieben werden können (d. h. in einem in 2c schematisch dargestellten Arbeitsbereich 60, bei konstanter Elektrodenleistung und Regelung des Reaktivgasflusses). Die Geometrie und Anordnung der Getterflächen 50 ist dabei so gestaltet, dass an der Substratoberfläche 20 eine stöchiometrische Verbindung mit hoher Aufwachsrate abgeschieden werden kann. Auf diese Weise kann ein sehr stabiler und einfach zu regelnder Beschichtungsprozess erreicht werden.The getter surfaces 50 adsorb reactive gas and cause the reactive gas partial pressure in the interior of the shielding device 30 so in the environment 7 of the double magnetron three , locally diminished. This means that the target electrodes 4 . 4 ' can be operated in the reactive gas-poor "metal mode" or in a metal-rich region of the "transition mode" (ie in an in 2c schematically illustrated work area 60 , at constant electrode power and control of the reactive gas flow). The geometry and arrangement of the getter surfaces 50 is designed so that at the substrate surface 20 a stoichiometric compound with high growth rate can be deposited. In this way, a very stable and easy-to-regulate coating process can be achieved.

Die Vorrichtung 1 eignet sich insbesondere zum Abscheiden dielektrischer Schichten wie SiO2 und/oder Al2O3 sowie deren Oxinitride und Mischungen auf große Flächen in In-Line-Sputteranlagen.The device 1 is particularly suitable for depositing dielectric layers such as SiO 2 and / or Al 2 O 3 and their oxynitrides and mixtures on large areas in in-line sputtering.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4042287 A1 [0005, 0006] DE 4042287 A1 [0005, 0006]
  • - US 5814195 [0006, 0027] US 5814195 [0006, 0027]

Claims (19)

Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (20) eines Substrats (21) mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses in einer Bearbeitungskammer (2), – wobei ein Inertgas und mindestens ein Reaktivgas in die Bearbeitungskammer (2) zugeführt werden (14, 15), – und ein gegenüber dem Substrat (21) angeordnetes Doppelmagnetron (3) mit Wechselstrom betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der Partialdruck des mindestens einen Reaktivgases in einer Umgebung (7) des Doppelmagnetrons (3) lokal reduziert wird.Method for coating a surface ( 20 ) of a substrate ( 21 ) by means of a reactive sputtering process in a processing chamber ( 2 ), - wherein an inert gas and at least one reactive gas in the processing chamber ( 2 ) ( 14 . 15 ), - and one opposite to the substrate ( 21 ) arranged double magnetron ( three ) is operated with alternating current, characterized in that - the partial pressure of the at least one reactive gas in an environment ( 7 ) of the double magnetron ( three ) is locally reduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dualmagnetron (3) bei konstanter Elektrodenleistung und Regelung des Reaktivgasflusses in einem reaktivgasarmen metallischen Mode oder in einem metallreichen Bereich eines Transition Mode betrieben wird.Method according to claim 1, characterized in that the dual magnetron ( three ) is operated at constant electrode power and control of the reactive gas flow in a reactive gas-poor metallic mode or in a metal-rich region of a transition mode. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine stöchiometrische Oxidschicht abgeschieden wird.Method according to claim 2, characterized in that that a stoichiometric oxide layer is deposited. Vorrichtung (1) zum Beschichten einer Oberfläche (20) eines Substrats (21) mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses, – mit einem in einer Bearbeitungskammer (2) angeordneten Doppelmagnetron (3) mit zwei Elektroden (4, 4'), – mit einer bipolaren Stromversorgungseinheit (10), – mit einer in die Bearbeitungskammer (2) mündenden Reaktivgaszuführung (15) und einer in die Bearbeitungskammer (2) mündenden Inertgaszuführung (14), dadurch gekennzeichnet, – dass in einer Umgebung (7) des Doppelmagnetrons (3) Getterflächen (50) zur lokalen Reduktion des Reaktivgaspartialdrucks vorgesehen sind.Contraption ( 1 ) for coating a surface ( 20 ) of a substrate ( 21 ) by means of a reactive sputtering process, - with a in a processing chamber ( 2 ) arranged double magnetron ( three ) with two electrodes ( 4 . 4 ' ), - with a bipolar power supply unit ( 10 ), - with one in the processing chamber ( 2 ) reactive gas feed ( 15 ) and one into the processing chamber ( 2 ) inert gas feed ( 14 ), characterized in that - in an environment ( 7 ) of the double magnetron ( three ) Gettering surfaces ( 50 ) are provided for the local reduction of the reactive gas partial pressure. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelmagnetron (3) von einer Abschirmeinrichtung (30) umgeben ist, auf deren dem Doppelmagnetron (3) benachbarten Innenflächen (51, 52) Getterflächen (50) vorgesehen sind.Device according to claim 2, characterized in that the double magnetron ( three ) of a shielding device ( 30 ) on which the double magnetron ( three ) adjacent inner surfaces ( 51 . 52 ) Gettering surfaces ( 50 ) are provided. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung (30) ein zwischen dem Doppelmagnetron (3) und dem Substrat (21) angeordnetes Abschirmblech (32) mit einer Öffnung (35) aufweist.Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the shielding device ( 30 ) between the double magnetron ( three ) and the substrate ( 21 ) arranged shielding plate ( 32 ) with an opening ( 35 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (31) der Abschirmeinrichtung (30) Saugöffnungen (25) aufweisen.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the walls ( 31 ) of the shielding device ( 30 ) Suction openings ( 25 ) exhibit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktivgaszuführung mehrere Einlässe (15) aufweist, die mit individuellen Durchflussreglern (16) versehen sind.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the reactive gas supply a plurality of inlets ( 15 ) with individual flow regulators ( 16 ) are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlass (15) der Reaktivgaszuführung zwischen dem Abschirmblech (32) der Abschirmeinrichtung (30) und der Substratoberfläche (20) angeordnet ist.Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the at least one inlet ( 15 ) of the reactive gas supply between the shielding plate ( 32 ) of the shielding device ( 30 ) and the substrate surface ( 20 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelmagnetron (3) rotierende Rohrelektroden (4, 4') umfasst.Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the double magnetron ( three ) rotating tube electrodes ( 4 . 4 ' ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromversorgung des Doppelmagnetrons (3) im Mittelfrequenzbereich erfolgt.Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the AC power supply of Doppelmagnetrons ( three ) takes place in the middle frequency range. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden (4, 4') des Doppelmagnetrons (3) eine Trennwand (8) vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that between the electrodes ( 4 . 4 ' ) of the double magnetron ( three ) a partition wall ( 8th ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Hochvakuumpumpe (19) umfasst, deren Zuleitung (18) außerhalb der Abschirmeinrichtung (30) in die Bearbeitungskammer (2) mündet.Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the device ( 1 ) at least one high vacuum pump ( 19 ) whose supply line ( 18 ) outside the shielding device ( 30 ) into the processing chamber ( 2 ) opens. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bearbeitungskammer (2) eine Sonde (40) zur Messung des Reaktivgaspartialdrucks vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 11, characterized in that in the processing chamber ( 2 ) a probe ( 40 ) is provided for measuring the Reaktivgaspartialdrucks. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (41) zur Regelung des Reaktivgaspartialdrucks vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that a control device ( 41 ) is provided for controlling the reactive gas partial pressure. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktivgaspartialdruck mittels dem Reaktivgasfluß oder mittels der Sputterleistung regelbar ist.Device according to claim 13, characterized in that that the reactive gas partial pressure by means of the reactive gas or is controllable by means of the sputtering power. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Messung der Sputterspannung vorgesehen sind.Device according to one of claims 2 to 11, characterized in that means for measuring the Sputtering voltage are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (41) zur Regelung der Sputterspannung vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 15, characterized in that a control device ( 41 ) is provided for controlling the sputtering voltage. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sputterspannung mittels dem Reaktivgasfluß oder mittels der Sputterleistung regelbar ist.Device according to Claim 16, characterized in that the sputtering voltage is regulated by means of the reactive gas flow or by means of the sputtering power bar is.
DE102009008290A 2008-02-14 2009-02-10 Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current Ceased DE102009008290A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009008290A DE102009008290A1 (en) 2008-02-14 2009-02-10 Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008009329.7 2008-02-14
DE102008009329 2008-02-14
DE102009008290A DE102009008290A1 (en) 2008-02-14 2009-02-10 Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009008290A1 true DE102009008290A1 (en) 2009-08-20

Family

ID=40874242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009008290A Ceased DE102009008290A1 (en) 2008-02-14 2009-02-10 Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009008290A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014127847A1 (en) * 2013-02-25 2014-08-28 Applied Materials, Inc. Apparatus with neighboring sputter cathodes and method of operation thereof
DE102015113454A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-16 Von Ardenne Gmbh Reactive sputtering assembly and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4042287A1 (en) 1990-12-31 1992-07-02 Leybold Ag METHOD AND DEVICE FOR REACTIVELY COATING A SUBSTRATE
US5814195A (en) 1995-04-25 1998-09-29 The Boc Group, Inc. Sputtering system using cylindrical rotating magnetron electrically powered using alternating current

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4042287A1 (en) 1990-12-31 1992-07-02 Leybold Ag METHOD AND DEVICE FOR REACTIVELY COATING A SUBSTRATE
US5814195A (en) 1995-04-25 1998-09-29 The Boc Group, Inc. Sputtering system using cylindrical rotating magnetron electrically powered using alternating current

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014127847A1 (en) * 2013-02-25 2014-08-28 Applied Materials, Inc. Apparatus with neighboring sputter cathodes and method of operation thereof
CN105026611A (en) * 2013-02-25 2015-11-04 应用材料公司 Apparatus with neighboring sputter cathodes and method of operation thereof
JP2016507656A (en) * 2013-02-25 2016-03-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Apparatus using adjacent sputter cathode and operation method thereof
TWI613304B (en) * 2013-02-25 2018-02-01 應用材料股份有限公司 Apparatus with neighboring sputter cathodes and method of operation thereof
CN105026611B (en) * 2013-02-25 2018-11-27 应用材料公司 Device and its operating method with adjacent sputter cathode
DE102015113454A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-16 Von Ardenne Gmbh Reactive sputtering assembly and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0205028B1 (en) Apparatus for depositing thin layers on a substrate
EP0282836B1 (en) Process and apparatus for depositing of high ohmic resistance layers by cathodic sputtering
EP2036113B1 (en) Method for controlling a reactive high-power pulsed magnetron sputter process and corresponding device
WO1996026302A1 (en) Reactive sputtering process
EP0235770A2 (en) Device for the plasma processing of substrates in a high frequency excited plasma discharge
DE1515300A1 (en) Device for the production of high quality thin layers by cathode sputtering
DE102011075851A1 (en) Reactive deposition of oxides e.g. aluminum oxide of a pipe magnetron arrangement in vacuum coating plants, by guiding substrate in longitudinal extension of vacuum coating plant at pipe magnetron arrangement
DE1515301A1 (en) Process for the application of high-quality thin layers by means of cathode sputtering and device for carrying out the process
DE10196150B4 (en) A magnetron sputtering apparatus and method for controlling such apparatus
DE10154229A1 (en) Device for the regulation of a plasma impedance
DE19546827A1 (en) Plasma process for coating of substrates
EP1580295B1 (en) Apparatus for reactive sputtering
DE102009008290A1 (en) Coating a surface of substrate using reactive sputtering process in processing chamber, comprises supplying inert gas and reactive gas into the chamber, and operating double magnetron arranged opposite to substrate with alternating current
EP0647961A1 (en) Device for coating elongated bendable products
DE102016116762A1 (en) Method for depositing a layer by means of a magnetron sputtering device
EP1036207A2 (en) Device for processing workpieces in low pressured plasma
DE2624005C2 (en) Method and device for applying thin layers to a substrate by the "ion-plating" method.
WO2021160786A1 (en) Device and method for producing layers with improved uniformity in coating systems with horizontally rotating substrate and additional plasma sources
DE2655942C2 (en)
DE4413378A1 (en) Appts. for coating substrate with material
DE3408053C2 (en)
EP0434797B1 (en) Device for coating substrates by cathode sputtering
DE10234858A1 (en) Device for producing a magnetron discharge, especially for magnetron sputtering, in the coating of substrates has a unit producing a magnetic field having a fixed position relative to the outer target limit in the region of the outer pole
DE4335224A1 (en) Process for the production of optical layers
DE19947932C1 (en) Device for magnetron sputtering has an outer plasma electrode with a first potential arranged between a target and a counter electrode with a second potential

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20150120